KR102382240B1 - 안테나 장치 및 안테나 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 안테나 패턴과, 안테나 패턴에 전기적으로 연결되어 후방으로 연장되는 피드라인과, 안테나 패턴보다 후방에 배치된 복수의 그라운드층을 포함하고, 복수의 그라운드층은 상기 안테나 패턴을 향하여 입체적인 캐비티(cavity)를 제공할 수 있다.

Description

안테나 장치 및 안테나 모듈{Antenna apparatus and antenna module}

본 발명은 안테나 장치 및 안테나 모듈에 관한 것이다.

이동통신의 데이터 트래픽(Data Traffic)은 매년 비약적으로 증가하는 추세이다. 이러한 비약적인 데이터를 무선망에서 실시간으로 지원해 주고자 활발한 기술 개발이 진행 중에 있다. 예를 들어, IoT(Internet of Thing) 기반 데이터의 컨텐츠화, AR(Augmented Reality), VR(Virtual Reality), SNS와 결합한 라이브 VR/AR, 자율 주행, 싱크뷰 (Sync View, 초소형 카메라 이용해 사용자 시점 실시간 영상 전송) 등의 애플리케이션(Application)들은 대용량의 데이터를 주고 받을 수 있게 지원하는 통신(예: 5G 통신, mmWave 통신 등)을 필요로 한다.

따라서, 최근 5세대(5G) 통신을 포함하는 밀리미터웨이브(mmWave) 통신이 활발하게 연구되고 있으며, 이를 원활히 구현하는 안테나 모듈의 상용화/표준화를 위한 연구도 활발히 진행되고 있다.

높은 주파수 대역(예: 24GHz, 28GHz, 36GHz, 39GHz, 60GHz 등)의 RF 신호는 전달되는 과정에서 쉽게 흡수되고 손실로 이어지므로, 통신의 품질은 급격하게 떨어질 수 있다. 따라서, 높은 주파수 대역의 통신을 위한 안테나는 기존 안테나 기술과는 다른 기술적 접근법이 필요하게 되며, 안테나 이득(Gain) 확보, 안테나와 RFIC의 일체화, EIRP(Effective Isotropic Radiated Power) 확보 등을 위한 별도의 전력 증폭기 등 특수한 기술 개발을 요구할 수 있다.

일본 공개특허공보 특개2010-114645

본 발명은 안테나 성능(예: 송수신율, 이득, 대역폭, 직진성(directivity) 등)을 향상시키거나 소형화에 유리한 구조를 가질 수 있는 안테나 장치 및 안테나 모듈을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 안테나 패턴; 상기 안테나 패턴에 전기적으로 연결되어 후방으로 연장되는 피드라인; 및 상기 안테나 패턴보다 후방에 배치된 복수의 그라운드층; 을 포함하고, 상기 복수의 그라운드층은 상기 안테나 패턴을 향하여 입체적인 캐비티(cavity)를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 복수의 그라운드층; 상기 복수의 그라운드층의 상측에 배치되고 적어도 하나의 관통홀을 가지는 제2 그라운드층; 상기 제2 그라운드층의 상측에 배치된 복수의 패치 안테나 패턴; 상기 복수의 패치 안테나 패턴에 대한 급전경로를 제공하며 상기 제2 그라운드층의 적어도 하나의 관통홀을 관통하도록 배치된 복수의 제2 피드비아; 및 상기 복수의 그라운드층의 가장자리의 적어도 일부를 따라 배열된 복수의 제1 안테나 패턴; 을 포함하고, 상기 복수의 그라운드층은 상기 복수의 제1 안테나 패턴을 향하여 각각 입체적인 복수의 캐비티(cavity)를 제공하고, 상기 제2 그라운드층은 상기 복수의 캐비티를 상하방향으로 오버랩(overlap)할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및/또는 안테나 모듈은, 안테나 성능(예: 송수신율, 이득, 대역폭, 직진성(directivity) 등)을 향상시키면서도 소형화에 유리한 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및/또는 안테나 모듈은, 안테나 패턴을 더욱 압축적으로 배치시켜서 축소된 사이즈를 가지면서도 안테나 성능을 유지할 수 있으며, 안테나 패턴의 리플렉터(reflector)의 설계 자유도를 향상시킬 수 있으므로, 더욱 정밀하게 조절된 안테나 성능을 가질 수 있으며, 복수의 안테나 장치 사이의 격리도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 안테나 장치를 나타낸 측면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈에 포함될 수 있는 제1 내지 제4 그라운드층을 나타낸 평면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 안테나 패턴의 다양한 배치위치를 나타낸 평면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 함몰영역의 다양한 폭을 나타낸 평면도이다.
도 6a는 도 4a 내지 도 4d에 도시된 안테나 패턴의 다양한 위치관계에 따른 S-파라미터를 나타낸 그래프이다.
도 6b는 도 5a 내지 도 5d에 도시된 함몰영역의 다양한 폭에 따른 S-파라미터를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 안테나 모듈을 나타낸 측면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈에 포함된 안테나 장치의 배열을 나타낸 사시도이다.
도 10a 내지 도 10b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈에 포함된 연결 부재의 하측 구조를 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 개략적인 구조를 나타낸 측면도이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 다양한 구조를 나타낸 측면도이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 전자기기에서의 배치를 예시한 평면도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 안테나 장치를 나타낸 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 안테나 패턴(120a) 및 연결 부재(200a)를 포함할 수 있다. 안테나 패턴(120a)은 연결 부재(200a)로부터 피드라인(110a)을 통해 RF(Radio Frequency) 신호를 전달받아 x방향으로 원격 송신하거나, x방향으로 RF 신호를 원격 수신하여 피드라인(110a)을 통해 연결 부재(200a)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 안테나 패턴(120a)은 다이폴(dipole)의 형태를 가질 수 있으므로, y방향으로 연장된 구조를 가질 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 연결 부재(200a)는 제1 그라운드층(221a), 제2 그라운드층(222a), 제3 그라운드층(223a), 제4 그라운드층(224a) 및 제5 그라운드층(225a) 중 적어도 일부를 포함할 수 있으며, 복수의 그라운드층 사이에 배치되는 절연층을 더 포함할 수 있다. 제1 내지 제5 그라운드층(221a, 222a, 223a, 224a, 225a)은 서로 상하방향(z방향)으로 이격 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 제1 내지 제5 그라운드층(221a, 222a, 223a, 224a, 225a) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 내지 제5 그라운드층(221a, 222a, 223a, 224a, 225a)의 개수 및 상하관계는 상기 안테나 장치의 설계에 따라 달라질 수 있다.

제4 및 제5 그라운드층(224a, 225a)은 IC의 회로 및/또는 수동부품에서 사용되는 그라운드를 IC 및/또는 수동부품으로 제공할 수 있다. 또한, 제4 및 제5 그라운드층(224a, 225a)은 IC 및/또는 수동부품에서 사용되는 전원 및 신호의 전달경로를 제공할 수 있다. 따라서, 제4 및 제5 그라운드층(224a, 225a)은 IC 및/또는 수동부품에 전기적으로 연결될 수 있다.

여기서, 제4 및 제5 그라운드층(224a, 225a)은 IC 및/또는 수동부품의 그라운드 수요에 따라 생략될 수 있다. 한편, 제4 및 제5 그라운드층(224a, 225a)은 배선비아가 통과하는 관통홀을 가질 수 있다.

제3 그라운드층(223a)은 제4 및 제5 그라운드층(224a, 225a)의 상측으로 이격 배치될 수 있으며, RF(Radio Frequency) 신호가 흐르는 배선과 동일한 높이에서 상기 배선을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상기 배선은 상기 배선비아를 통해 IC에 전기적으로 연결될 수 있다.

제1 및 제2 그라운드층(221a, 222a)은 제4 및 제5 그라운드층(224a, 225a)의 상측으로 이격 배치되고, 각각 제3 그라운드층(223a)의 하측 및 상측에 배치될 수 있다. 제1 그라운드층(221a)은 배선과 IC 사이의 전자기적 격리도를 향상시킬 수 있으며, IC 및/또는 수동부품으로 그라운드를 제공할 수 있다. 제2 그라운드층(222a)은 배선과 패치 안테나 패턴 사이의 전자기적 격리도를 향상시킬 수 있으며, 상기 패치 안테나 패턴의 관점에서 경계조건을 제공하고 상기 패치 안테나 패턴에 의해 송수신되는 RF 신호를 반사하여 상기 패치 안테나 패턴의 송수신 방향을 더욱 집중시킬 수 있다.

제2 그라운드층(222a)은 후방(x방향의 반대방향)으로 함몰되지 않을 수 있다. 이에 따라, 제2 그라운드층(222a)은 상기 패치 안테나 패턴과 안테나 패턴(120a)의 사이를 전자기적으로 가로막을 수 있으므로, 상기 패치 안테나 패턴과 안테나 패턴(120a) 사이의 전자기적 격리도는 향상될 수 있다.

제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a)의 경계는 상하방향(z방향)으로 볼 때 서로 겹쳐질 수 있다. 상기 경계는 안테나 패턴(120a)에 대한 리플렉터(reflector)로 작용할 수 있으므로, 제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a)과 안테나 패턴(120a) 사이의 유효 이격 거리는 안테나 패턴(120a)의 안테나 성능에 영향을 줄 수 있다.

예를 들어, 상기 유효 이격 거리가 기준 거리보다 짧을 경우, 안테나 패턴(120a)의 이득(gain)은 안테나 패턴(120a)에서 투과되는 RF 신호의 분산에 따라 열화될 수 있으며, 안테나 패턴(120a)의 공진 주파수는 제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a)과 안테나 패턴(120a) 사이의 캐패시턴스의 증가에 따라 최적화되기 어려울 수 있다.

또한, 안테나 패턴(120a)이 제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a)으로부터 멀어질 경우, 안테나 장치 및 안테나 모듈의 사이즈는 커질 수 있다.

또한, 연결 부재(200a)가 작아질 경우, 전원 및 신호의 전달경로와 배선의 배치공간은 부족해질 수 있으며, 그라운드층의 그라운드 안정성은 열화될 수 있으며, 패치 안테나 패턴의 배치공간도 부족해질 수 있다. 즉, 안테나 장치 및 안테나 모듈의 성능은 열화될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은, 안테나 패턴(120a)을 제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a)에 더욱 가까이 배치시키면서도 제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a)과 안테나 패턴(120a) 사이의 유효 이격 거리를 확보할 수 있는 구조를 가진다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은 축소된 사이즈를 가지거나 향상된 성능을 가질 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 연결 부재(200a)에 포함된 제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a) 중 적어도 하나는 피드라인(110a)이 연장되는 방향(x방향의 반대방향)으로 제2 그라운드층(222a)보다 함몰될 수 있다.

이에 따라, 제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a) 중 적어도 하나는 캐비티(cavity)를 제공할 수 있으며, 캐비티(cavity)의 제1 및 제2 측(y방향) 경계를 이루는 제2 및 제3 돌출영역(P2, P3)을 가질 수 있다. 상기 캐비티(cavity)는 안테나 패턴(120a)의 안테나 성능 확보에 유리한 경계조건을 제공할 수 있다.

제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a) 중 캐비티(cavity)를 제공하는 그라운드층의 개수가 많을수록, 캐비티(cavity)의 상하방향(z방향) 길이는 길어질 수 있다. 캐비티(cavity)의 상하방향(z방향) 길이는 안테나 패턴(120a)의 안테나 성능에 영향을 줄 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은, 캐비티(cavity)를 제공하는 그라운드층의 개수를 조절하여 캐비티(cavity)의 상하방향(z방향) 길이를 용이하게 조절할 수 있으므로, 안테나 패턴(120a)의 안테나 성능은 더욱 쉽게 조절될 수 있다.

또한, 제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a) 중 적어도 둘의 함몰영역은 서로 동일한 직사각형의 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 캐비티(cavity)는 직육면체를 이룰 수 있다. 캐비티(cavity)가 직육면체일 경우, 캐비티(cavity)의 경계에서 반사되는 RF 신호의 x벡터 성분과 y벡터 성분 중 x벡터 성분의 비율은 더욱 높아질 수 있다. y벡터 성분은 x벡터 성분에 비해 캐비티(cavity) 내에서 더욱 상쇄되기 쉬우므로, 안테나 패턴(120a)은 캐비티(cavity)의 경계에서 반사되는 RF 신호의 x벡터 성분의 비율이 높을수록 더욱 향상된 이득을 가질 수 있다. 따라서, 안테나 패턴(120a)은 캐비티(cavity)가 직육면체에 가까울수록 더욱 향상된 이득을 가질 수 있다.

제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a) 중 적어도 하나에서 안테나 패턴(120a)을 향하는 경계는 안테나 패턴(120a)에 대한 리플렉터(reflector)로 작용할 수 있으므로, 안테나 패턴(120a)에서 투과되는 RF 신호 중 일부는 제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a) 중 적어도 하나의 경계에서 반사될 수 있다. 즉, 캐비티(cavity)는 안테나 패턴(120a)에 대한 리플렉터로 작용할 수 있다.

이에 따라, 안테나 패턴(120a)에서 제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a) 중 적어도 하나까지의 유효 이격 거리는 안테나 패턴(120a)의 실질적인 위치변경 없이도 길어질 수 있다. 또는, 안테나 패턴(120a)은 안테나 성능의 실질적인 희생 없이도 제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a)에 더욱 가까이 배치될 수 있다.

예를 들어, 안테나 패턴(120a)의 각 폴에서 투과되는 RF 신호 중 캐비티(Cavity)를 향하는 RF 신호는 캐비티(Cavity)가 없을 때와 비교하여 더욱 x방향으로 집중되어 반사될 수 있다. 따라서, 안테나 패턴(120a)의 이득은 캐비티(Cavity)가 없을 때와 비교하여 더욱 향상될 수 있다.

또한, 제2 및 제3 돌출영역(P2, P3)은 안테나 패턴(120a)과 인접 안테나 장치 사이를 전자기적으로 차폐시킬 수도 있다. 이에 따라, 안테나 패턴(120a)과 인접 안테나 장치 사이의 이격 거리는 더욱 짧아질 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 사이즈는 감소할 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2를 참조하면, 연결 부재(200a)는 제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a) 중 적어도 둘에 전기적으로 연결되고, 상하방향(z방향)으로 볼 때 캐비티(Cavity)의 적어도 일부를 둘러싸도록 배열된 복수의 차폐비아(245a)를 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 차폐비아(245a)는 안테나 패턴(120a)에서 투과되는 RF 신호 중 제1, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221a, 223a, 224a, 225a)의 사이 갭으로 세는 RF 신호를 반사시킬 수 있다. 이에 따라, 안테나 패턴(120a)의 이득은 더욱 향상되고, 안테나 패턴(120a)과 배선 간의 전자기적 격리도는 향상될 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 피드라인(110a), 피드비아(111a), 안테나 패턴(120a), 디렉터 패턴(125a) 및 연결 부재(200a) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

피드라인(110a)은 제3 그라운드층(223a) 내의 배선에 전기적으로 연결될 수 있으므로, RF 신호의 전달경로로 작용할 수 있다. 피드라인(110a)은 관점에 따라 제3 그라운드층(223a)에 포함되는 구성요소로 보여질 수 있다. 안테나 패턴(120a)이 연결 부재(200a)의 측면에 인접하여 배치될 수 있으므로, 피드라인(110a)은 제3 그라운드층(223a)의 배선으로부터 안테나 패턴(120a)을 향하여 연장된 구조를 가질 수 있다.

피드라인(110a)의 적어도 일부분은 상하방향(z방향)으로 볼 때 제2 그라운드층(222a)에 의해 오버랩될 수 있다. 이에 따라, 피드라인(110a)은 제2 그라운드층(222a)의 상측에 배치된 패치 안테나 패턴으로부터 받을 수 있는 전자기적 잡음을 줄일 수 있다.

상기 피드라인(110a)은 제1 및 제2 피드라인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 피드라인은 안테나 패턴(120a)으로 RF 신호를 전달하고, 상기 제2 피드라인은 안테나 패턴(120a)으로부터 RF 신호를 전달받도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 피드라인은 안테나 패턴(120a)으로부터 RF 신호를 전달받거나 안테나 패턴(120a)으로 RF 신호를 전달하도록 구성될 수 있으며, 상기 제2 피드라인은 안테나 패턴(120a)으로 임피던스를 제공하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 및 제2 피드라인은 각각 RF 신호를 안테나 패턴(120a)으로 전달하고 RF 신호를 안테나 패턴(120a)으로부터 전달받되, 서로 위상차(예: 180도, 90도)를 가지도록 차동피딩(differential feeding) 방식으로 구성될 수 있다. 상기 위상차는 IC의 위상변환기(phase shifter)나 제1 및 제2 피드라인의 전기적 길이(electrical length) 차이를 통해 구현될 수 있다.

한편 설계에 따라, 상기 피드라인(110a)은 1/4파장 변환기나 발룬(balun)이나 임피던스 변환 라인을 포함하여 RF 신호 전송 효율을 향상시킬 수 있으나, 1/4파장 변환기나 발룬이나 임피던스 변환 라인은 설계에 따라 생략될 수 있다.

피드비아(111a)는 안테나 패턴(120a)과 피드라인(110a)을 전기적으로 연결시키도록 배치될 수 있다. 피드비아(111a)는 안테나 패턴(120a)과 피드라인(110a)에 대해 수직으로 배치될 수 있다. 안테나 패턴(120a)과 피드라인(110a)이 서로 동일한 높이에 배치될 경우, 피드비아(111a)는 생략될 수 있다.

피드비아(111a)로 인해, 안테나 패턴(120a)은 피드라인(110a)보다 높거나 낮은 위치에 배치될 수 있다. 안테나 패턴(120a)의 구체적 위치는 피드비아(111a)의 길이에 따라 달라질 수 있으므로, 안테나 패턴(120a)의 방사패턴 방향은 피드비아(111a)의 길이 설계에 따라 상하방향(z방향)으로 약간 기울어질 수 있다.

예를 들어, 안테나 패턴(120a)은 피드비아(111a)에 의해 제2 그라운드층(222a)으로부터 멀어지도록 피드라인(110a)보다 하위에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 그라운드층(222a)은 안테나 패턴(120a)과 상측의 패치 안테나 패턴 사이의 전자기적 격리도를 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 비아패턴(112a)은 피드비아(111a)에 결합될 수 있으며, 피드비아(111a)의 상부와 하부를 각각 지지할 수 있다.

안테나 패턴(120a)은 피드라인(110a)에 전기적으로 연결되어 RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 안테나 패턴(120a)의 각 폴의 일단은 피드라인(110a)의 제1 및 제2 라인에 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 안테나 패턴(120a)은 폴 길이, 폴 두께, 폴 사이 간격, 폴과 연결 부재 측면 사이 간격, 절연층의 유전율 중 적어도 하나에 따른 주파수 대역(예: 28GHz, 60GHz)을 가질 수 있다.

안테나 패턴(120a)과 디렉터 패턴(125a)은 관점에 따라 제4 그라운드층(224a)에 포함되는 구성요소로 보여질 수 있다. 디렉터 패턴(125a)은 설계에 따라 생략될 수 있다.

디렉터 패턴(125a)은 안테나 패턴(120a)으로부터 측방향으로 이격 배치될 수 있다. 상기 디렉터 패턴(125a)은 안테나 패턴(120a)에 전자기적으로 커플링되어 안테나 패턴(120a)의 이득이나 대역폭을 향상시킬 수 있다. 상기 디렉터 패턴(125a)은 안테나 패턴(120a)의 다이폴 총 길이보다 짧은 길이를 가짐에 따라 안테나 패턴(120a)의 전자기적 커플링의 집중도를 더욱 향상시킬 수 있으므로, 안테나 패턴(120a)의 이득 또는 직진성(directivity)은 더욱 향상될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 안테나 패턴(120a)이 더욱 압축될 수 있는 구조를 가지므로, 디렉터 패턴(125a)이 차지하는 공간은 더욱 여유로울 수 있다. 즉, 상기 안테나 장치 및 안테나 모듈은 디렉터 패턴(125a)을 통해 안테나 성능을 향상시키면서도 사이즈의 실질적인 증가를 방지할 수 있다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈에 포함될 수 있는 제1 내지 제4 그라운드층을 나타낸 평면도이다.

도 3a를 참조하면, 복수의 차폐비아(245a)는 제1 그라운드층(221a)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 캐비티(cavity)의 경계를 따라 배열될 수 있다. 또한, 제1 그라운드층(221a)은 제1 및 제2 배선비아(231a, 232a)가 각각 통과하는 복수의 관통홀을 가질 수 있다. 한편, 피드비아에 결합된 비아패턴(112a)는 관점에 따라 제1 그라운드층(221a)에 포함되는 구성요소로 보여질 수 있다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제2 그라운드층(222a)은 상하방향(z방향)으로 볼 때 제1 그라운드층(221a)의 캐비티(cavity)를 오버랩할 수 있다. 이에 따라, 안테나 패턴은 제2 그라운드층(222a)의 상측에 배치된 패치 안테나 패턴에 대한 전자기적 격리도를 확보할 수 있다.

또한, 복수의 차폐비아(245a)는 제2 그라운드층(222a)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 제2 그라운드층(222a)의 경계를 따라 배열될 수 있다. 또한, 제2 그라운드층(222a)은 제2 피드비아(1120a)가 통과하는 관통홀을 가질 수 있다. 제2 피드비아(1120a)는 패치 안테나 패턴과 제2 배선의 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있다.

도 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은, 피드라인(110a)과 제1 배선비아(231a)의 사이를 전기적으로 연결시키는 제1 배선(212a)과, 제2 피드비아(1120a)과 제2 배선비아(232a)의 사이를 전기적으로 연결시키는 제2 배선(214a)를 더 포함할 수 있다.

제3 그라운드층(223a)은 제1 배선(212a)과 제2 배선(214a)을 각각 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 배선(212a)과 제2 배선(214a) 각각의 전자기 노이즈는 감소할 수 있다.

복수의 차폐비아(245a)는 제3 그라운드층(223a)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 제3 그라운드층(223a)의 경계와 제1 및 제2 배선(212a, 214a)을 따라 배열될 수 있다. 이에 따라, 제1 배선(212a)과 제2 배선(214a) 각각의 전자기 노이즈는 더욱 감소할 수 있다.

도 3a 및 도 3c를 참조하면, 제3 그라운드층(223a)은 상하방향(z방향)으로 볼 때 제1 그라운드층(221a)의 제2 돌출영역(P2)과 제3 돌출영역(P3)의 사이 영역이 함몰된 형태를 가져서 캐비티(cavity)를 제공할 수 있다. 즉, 제3 그라운드층(223a)은 제2 돌출영역(P2-2)과 제3 돌출영역(P3-2)을 가질 수 있다.

도 3a 및 도 3d를 참조하면, 제4 그라운드층(224a)은 상하방향(z방향)으로 볼 때 제1 그라운드층(221a)의 제2 돌출영역(P2)과 제3 돌출영역(P3)의 사이 영역이 함몰된 형태를 가져서 캐비티(cavity)를 제공할 수 있다. 즉, 제4 그라운드층(224a)은 제2 돌출영역(P2-3)과 제3 돌출영역(P3-3)을 가질 수 있다.

복수의 차폐비아(245a)는 제4 그라운드층(224a)에 전기적으로 연결되고, 제2 돌출영역(P2-3)과 제3 돌출영역(P3-3)의 사이 영역을 둘러싸도록 배열될 수 있다.

또한, 제4 그라운드층(224a)은 제1 및 제2 배선비아(231a, 232a)가 각각 통과하는 복수의 관통홀을 가질 수 있다. 제1 및 제2 배선비아(231a, 232a)는 제4 그라운드층(224a)의 하측에 배치된 IC에 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 안테나 패턴(120a) 및 디렉터 패턴(125a)은 관점에 따라 제4 그라운드층(224a)에 포함되는 구성요소로 보여질 수 있다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 안테나 패턴의 다양한 배치위치를 나타낸 평면도이다.

도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 및 안테나 장치는, 피드라인(110e), 피드비아(111e), 안테나 패턴(120e), 디렉터 패턴(125e) 및 제1 그라운드층(221e) 중 적어도 일부를 포함할 수 있으며, 제1 그라운드층(221e)에서 커트된 영역의 깊이(dp1)는 0mm, 제1 그라운드층(221e)의 앞 경계에서부터 디렉터 패턴(125e)의 앞 경계까지의 거리(h1)는 2.33mm이고, 제1 그라운드층(221e)의 앞 경계에서부터 안테나 패턴(120e)의 뒤 경계까지의 거리(gap1)는 1.19mm일 수 있다.

도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 및 안테나 장치는, 피드라인(110f), 피드비아(111f), 안테나 패턴(120f), 디렉터 패턴(125f) 및 제1 그라운드층(221f) 중 적어도 일부를 포함할 수 있으며, 제1 그라운드층(221f)에서 커트된 영역의 깊이(dp2)는 0.6mm, 제1 그라운드층(221f)의 앞 경계에서부터 디렉터 패턴(125f)의 앞 경계까지의 거리(h2)는 0.98mm이고, 제1 그라운드층(221f)의 앞 경계에서부터 안테나 패턴(120f)의 뒤 경계까지의 거리(gap2)는 0.15mm일 수 있다.

도 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 및 안테나 장치는, 피드라인(110g), 피드비아(111g), 안테나 패턴(120g), 디렉터 패턴(125g) 및 제1 그라운드층(221g) 중 적어도 일부를 포함할 수 있으며, 제1 그라운드층(221g)에서 커트된 영역의 깊이(dp3)는 0.6mm, 제1 그라운드층(221g)의 앞 경계에서부터 디렉터 패턴(125g)의 앞 경계까지의 거리(h3)는 0.856mm이고, 제1 그라운드층(221g)의 앞 경계에서부터 안테나 패턴(120g)의 뒤 경계까지의 거리(gap3)는 0mm일 수 있다.

도 4d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 및 안테나 장치는, 피드라인(110h), 피드비아(111h), 안테나 패턴(120h), 디렉터 패턴(125h) 및 제1 그라운드층(221h) 중 적어도 일부를 포함할 수 있으며, 제1 그라운드층(221h)에서 커트된 영역의 깊이(dp4)는 1.0mm, 제1 그라운드층(221h)의 앞 경계에서부터 디렉터 패턴(125h)의 앞 경계까지의 거리(h4)는 0.584mm이고, 제1 그라운드층(221h)의 앞 경계에서부터 안테나 패턴(120h)의 뒤 경계까지의 거리(gap4)는 -0.25mm일 수 있다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 함몰영역의 다양한 폭을 나타낸 평면도이다.

도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 및 안테나 장치는, 피드라인(110i), 피드비아(111i), 안테나 패턴(120i), 디렉터 패턴(125i) 및 제1 그라운드층(221i) 중 적어도 일부를 포함할 수 있으며, 제1 그라운드층(221i)에서 커트된 영역의 깊이는 0.6mm이고, 제1 그라운드층(221i)의 커트된 영역의 폭(dw1)은 4.71mm일 수 있다.

도 5b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 및 안테나 장치는, 피드라인(110j), 피드비아(111j), 안테나 패턴(120j), 디렉터 패턴(125j) 및 제1 그라운드층(221j) 중 적어도 일부를 포함할 수 있으며, 제1 그라운드층(221j)에서 커트된 영역의 깊이는 0.6mm이고, 제1 그라운드층(221j)의 커트된 영역의 폭(dw2)은 4.21mm일 수 있다.

도 5c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 및 안테나 장치는, 피드라인(110k), 피드비아(111k), 안테나 패턴(120k), 디렉터 패턴(125k) 및 제1 그라운드층(221k) 중 적어도 일부를 포함할 수 있으며, 제1 그라운드층(221k)에서 커트된 영역의 깊이는 0.6mm이고, 제1 그라운드층(221k)의 커트된 영역의 폭(dw3)은 3.71mm일 수 있다.

도 5d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 및 안테나 장치는, 피드라인(110l), 피드비아(111l), 안테나 패턴(120l), 디렉터 패턴(125l) 및 제1 그라운드층(221l) 중 적어도 일부를 포함할 수 있으며, 제1 그라운드층(221l)에서 커트된 영역의 깊이는 0.6mm이고, 제1 그라운드층(221l)의 커트된 영역의 폭(dw4)은 2.71mm일 수 있으며, 안테나 패턴(120l)의 폭보다 짧을 수 있다.

도 6a는 도 4a 내지 도 4d에 도시된 안테나 패턴의 다양한 위치관계에 따른 S-파라미터를 나타낸 그래프이다.

도 6a를 참조하면, 제1 곡선(Se)은 도 4a에 도시된 안테나 장치의 위치관계에 따른 S-파라미터를 나타내고, 제2 곡선(Sf)은 도 4b에 도시된 안테나 장치의 위치관계에 따른 S-파라미터를 나타내고, 제3 곡선(Sg)은 도 4c에 도시된 안테나 장치의 위치관계에 따른 S-파라미터를 나타내고, 제4 곡선(Sh)은 도 4d에 도시된 안테나 장치의 위치관계에 따른 S-파라미터를 나타낸다.

제1 곡선(Se)과 제2 곡선(Sf)에서, 28GHz에서의 S-파라미터(예: 제1 포트로부터 입사된 에너지 중 제1 포트로 반사되는 에너지의 비율) 값은 소정의 값(예: -11dB)보다 낮을 수 있다. 도 4a에 도시된 안테나 장치의 제1 그라운드층이 함몰되지 않으므로, 도 4b에 도시된 안테나 장치에 비해 큰 사이즈를 가진다. 즉, 도 4b에 도시된 안테나 장치는 안테나 성능(예: 이득, 대역폭)을 확보하면서도 축소된 사이즈를 가질 수 있다.

일반화하면, RF 신호의 주파수에서의 S-파라미터 값이 소정의 값보다 낮아지기 위해, 상하방향(z방향)으로 볼 때 안테나 패턴과 제2 그라운드층 사이의 이격 거리(gap2)는 제1 그라운드층의 함몰영역의 함몰 길이(dp2)보다 짧을 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은 RF 신호의 파장의 약 0.014배 이상인 거리(gap)를 가질 수 있다.

또한, 상하방향(z방향)으로 볼 때 디렉터 패턴과 제2 그라운드층 사이의 이격 거리(h2)는 제1 그라운드층의 함몰영역의 함몰 길이(dp2)보다 길 수 있다. 즉, 상기 함몰 길이(dp2)는 상기 이격 거리(gap2)보다 길고 상기 이격 거리(h2)보다 짧을 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은 안테나 성능(예: 대역폭, 직진성 등)을 확보하면서도 축소된 사이즈를 가질 수 있다. 다만, 이는 설계조건에 따라 달라질 수 있다.

도 6b는 도 5a 내지 도 5d에 도시된 함몰영역의 다양한 폭에 따른 S-파라미터를 나타낸 그래프이다.

도 6b를 참조하면, 제5 곡선(Si)은 도 5a에 도시된 안테나 장치의 위치관계에 따른 S-파라미터를 나타내고, 제6 곡선(Sj)은 도 5b에 도시된 안테나 장치의 위치관계에 따른 S-파라미터를 나타내고, 제7 곡선(Sk)은 도 5c에 도시된 안테나 장치의 위치관계에 따른 S-파라미터를 나타내고, 제8 곡선(Sl)은 도 5d에 도시된 안테나 장치의 위치관계에 따른 S-파라미터를 나타낸다.

제5 곡선(Si)과 제6 곡선(Sj)과 제7 곡선(Sk)에서, 28GHz에서의 S-파라미터(예: 제1 포트로부터 입사된 에너지 중 제1 포트로 반사되는 에너지의 비율) 값은 소정의 값(예: -11dB)보다 낮을 수 있다.

일반화하면, 상기 S-파라미터의 최적화를 위해, 상하방향(z방향)으로 볼 때 안테나 패턴의 다이폴의 길이방향 총 길이는 제1 그라운드층의 함몰영역의 폭(dw1, dw2, dw3) 길이보다 짧을 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은 안테나 성능(예: 이득, 대역폭 등)을 확보하면서도 축소된 사이즈를 가질 수 있다. 다만, 이는 설계조건에 따라 달라질 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 안테나 모듈을 나타낸 측면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 안테나 패턴(120b)은 접힌 다이폴(folded dipole)의 형태를 가질 수 있으며, 피드비아와 디렉터 패턴은 생략될 수 있다.

피드라인(110b)은 제4 그라운드층(224b)과 동일한 높이에 배치될 수 있으며, 제4 그라운드층(224b)에 의해 둘러싸이는 제1 배선에 전기적으로 연결될 수 있다.

연결 부재(200b)는 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 그라운드층(221b, 222b, 223b, 224b, 225b) 중 적어도 하나와, 복수의 차폐비아(245b)를 포함할 수 있다.

제1 그라운드층(221b)은 피드라인(110b)이 안테나 패턴(120b)에서부터 연장된 방향으로 함몰된 형태를 가질 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈에 포함된 안테나 장치의 배열을 나타낸 사시도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 복수의 안테나 장치(100c, 100d), 복수의 패치 안테나 패턴(1110d), 복수의 패치 안테나 캐비티(1130d), 유전층(1140c, 1140d), 도금 부재(1160d), 복수의 칩 안테나(1170c, 1170d) 및 복수의 다이폴 안테나(1175c, 1175d)를 포함할 수 있다.

복수의 안테나 장치(100c, 100d)는 각각 도 1 내지 도 8을 참조하여 전술한 안테나 장치와 유사하게 설계될 수 있으며, 안테나 모듈의 측면에 인접하여 나란히 배열될 수 있다. 이에 따라, 복수의 안테나 장치(100c, 100d) 중 일부는 x축 방향으로 RF 신호를 송수신할 수 있으며, 나머지는 y축 방향으로 RF 신호를 송수신할 수 있다.

도 1 내지 도 8을 참조하여 전술한 그라운드층은 복수의 안테나 장치(100c, 100d)의 사이 공간을 향하여 돌출된 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 그라운드층은 복수의 안테나 장치(100c, 100d)의 개수보다 1개 많거나 동일한 개수의 돌출영역을 가질 수 있다.

복수의 패치 안테나 패턴(1110d)은 안테나 모듈의 상측에 인접하여 배치되고, 상하방향(z방향)으로 RF 신호를 송수신할 수 있다. 상기 복수의 패치 안테나 패턴(1110d)의 개수와 배치와 형태는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 복수의 패치 안테나 패턴(1110d)의 형태는 원형일 수 있으며, 복수의 패치 안테나 패턴(1110d)은 1 X n(n은 2 이상의 자연수)의 구조로 배열될 수 있으며, 복수의 패치 안테나 패턴의 개수는 16개일 수 있다.

복수의 패치 안테나 캐비티(1130d) 각각은 복수의 패치 안테나 패턴(1110d) 각각의 측면 및 하측을 커버하도록 형성될 수 있으며, 복수의 패치 안테나 패턴(1110d) 각각의 RF 신호 송수신을 위한 경계조건을 제공할 수 있다.

복수의 칩 안테나(1170c, 1170d)는 서로 대향하는 2개의 전극을 각각 가질 수 있으며, 안테나 모듈의 상측 또는 하측에 배치될 수 있으며, 2개의 전극 중 하나를 통해 x축 방향 및/또는 y축 방향으로 RF 신호를 송수신하도록 배치될 수 있다.

복수의 다이폴 안테나(1175c, 1175d)는 안테나 모듈의 상측 또는 하측에 배치될 수 있으며, z축 방향으로 RF 신호를 송수신할 수 있다. 즉, 상기 복수의 다이폴 안테나(1175c, 1175d)는 복수의 안테나 장치(100c, 100d)에 대해 수직하도록 상하방향(z방향)으로 세워져 배치될 수 있다. 설계에 따라, 상기 복수의 다이폴 안테나(1175c, 1175d) 중 적어도 일부는 모노폴(monopole) 안테나로 대체될 수 있다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 포함하는 안테나 모듈의 연결 부재의 하측 구조를 예시한 도면이다.

도 10a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 연결 부재(200), IC(310), 접착 부재(320), 전기연결구조체(330), 봉합재(340), 수동부품(350) 및 서브기판(410) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

연결 부재(200)는 도 1 내지 도 8을 참조하여 전술한 연결 부재와 유사한 구조를 가질 수 있다.

IC(310)는 전술한 IC와 동일하며, 연결 부재(200)의 하측에 배치될 수 있다. 상기 IC(310)는 연결 부재(200)의 배선에 전기적으로 연결되어 RF 신호를 전달하거나 전달받을 수 있으며, 연결 부재(200)의 그라운드층에 전기적으로 연결되어 그라운드를 제공받을 수 있다. 예를 들어, IC(310)는 주파수 변환, 증폭, 필터링, 위상제어 및 전원생성 중 적어도 일부를 수행하여 변환된 신호를 생성할 수 있다.

접착 부재(320)는 IC(310)와 연결 부재(200)를 서로 접착시킬 수 있다.

전기연결구조체(330)는 IC(310)와 연결 부재(200)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 전기연결구조체(330)는 솔더볼(solder ball), 핀(pin), 랜드(land), 패드(pad)과 같은 구조를 가질 수 있다. 전기연결구조체(330)는 연결 부재(200)의 배선과 그라운드층보다 낮은 용융점을 가져서 상기 낮은 용융점을 이용한 소정의 공정을 통해 IC(310)와 연결 부재(200)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.

봉합재(340)는 IC(310)의 적어도 일부를 봉합할 수 있으며, IC(310)의 방열성능과 충격 보호성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 봉합재(340)는 PIE(Photo Imageable Encapsulant), ABF (Ajinomoto Build-up Film), 에폭시몰딩컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 등으로 구현될 수 있다.

수동부품(350)은 연결 부재(200)의 하면 상에 배치될 수 있으며, 전기연결구조체(330)를 통해 연결 부재(200)의 배선 및/또는 그라운드층에 전기적으로 연결될 수 있다.

서브기판(410)은 연결 부재(200)의 하측에 배치될 수 있으며, 외부로부터 IF(intermediate frequency) 신호 또는 기저대역(base band) 신호를 전달받아 IC(310)로 전달하거나 IC(310)로부터 IF 신호 또는 기저대역 신호를 전달받아 외부로 전달하도록 연결 부재(200)에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, RF 신호의 주파수(예: 24GHz, 28GHz, 36GHz, 39GHz, 60GHz)는 IF 신호(예: 2GHz, 5GHz, 10GHz 등)의 주파수보다 크다.

예를 들어, 서브기판(410)은 연결 부재(200)의 IC 그라운드층에 포함될 수 있는 배선을 통해 IF 신호 또는 기저대역 신호를 IC(310)로 전달하거나 IC(310)로부터 전달받을 수 있다. 연결 부재(200)의 제1 그라운드층이 IC 그라운드층과 배선의 사이에 배치되므로, 안테나 모듈 내에서 IF 신호 또는 기저대역 신호와 RF 신호는 전기적으로 격리될 수 있다.

도 10b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 차폐 부재(360), 커넥터(420) 및 칩 안테나(430) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

차폐 부재(360)는 연결 부재(200)의 하측에 배치되어 연결 부재(200)와 함께 IC(310)를 가두도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 차폐 부재(360)는 IC(310)와 수동부품(350)을 함께 커버(예: conformal shield)하거나 각각 커버(예: compartment shield)하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 차폐 부재(360)는 일면이 개방된 육면체의 형태를 가지고, 연결 부재(200)와의 결합을 통해 육면체의 수용공간을 가질 수 있다. 차폐 부재(360)는 구리와 같이 높은 전도도의 물질로 구현되어 짧은 스킨뎁스(skin depth)를 가질 수 있으며, 연결 부재(200)의 그라운드층에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 차폐 부재(360)는 IC(310)와 수동부품(350)이 받을 수 있는 전자기적 노이즈를 줄일 수 있다.

커넥터(420)는 케이블(예: 동축케이블, 연성PCB)의 접속구조를 가질 수 있으며, 연결 부재(200)의 IC 그라운드층에 전기적으로 연결될 수 있으며, 전술한 서브기판과 유사한 역할을 수행할 수 있다. 즉, 상기 커넥터(420)는 케이블로부터 IF 신호, 기저대역 신호 및/또는 전원을 제공받거나 IF 신호 및/또는 기저대역 신호를 케이블로 제공할 수 있다.

칩 안테나(430)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치에 보조하여 RF 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 예를 들어, 칩 안테나(430)는 절연층보다 큰 유전율을 가지는 유전체 블록과, 상기 유전체 블록의 양면에 배치되는 복수의 전극을 포함할 수 있다. 상기 복수의 전극 중 하나는 연결 부재(200)의 배선에 전기적으로 연결될 수 있으며, 다른 하나는 연결 부재(200)의 그라운드층에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 포함하는 안테나 모듈의 개략적인 구조를 나타낸 측면도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 안테나 장치(100f)와 패치 안테나 패턴(1110f)과 IC(310f)와 수동부품(350f)이 연결 부재(500f)에 통합된 구조를 가질 수 있다.

안테나 장치(100f) 및 패치 안테나 패턴(1110f)은 각각 전술한 안테나 장치 및 전술한 패치 안테나 패턴과 동일하게 설계될 수 있으며, IC(310f)로부터 RF 신호를 전달받아 송신하거나, 수신된 RF 신호를 IC(310f)로 전달할 수 있다.

연결 부재(500f)는 적어도 하나의 도전층(510f)과 적어도 하나의 절연층(520f)이 적층된 구조(예: 인쇄회로기판의 구조)를 가질 수 있다. 상기 도전층(510f)은 전술한 그라운드층과 배선을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 연성 연결 부재(550f)를 더 포함할 수 있다. 연성 연결 부재(550f)는 상하방향으로 볼 때 연결 부재(500f)에 오버랩되는 제1 연성 영역(570f)과 연결 부재(500f)에 오버랩되지 않는 제2 연성 영역(580f)을 포함할 수 있다.

제2 연성 영역(580f)은 상하방향으로 유연하게 휘어질 수 있다. 이에 따라, 제2 연성 영역(580f)은 세트 기판의 커넥터 및/또는 인접 안테나 모듈에 유연하게 연결될 수 있다.

연성 연결 부재(550f)는 신호선(560f)을 포함할 수 있다. IF(Intermediate frequency) 신호 및/또는 기저대역 신호는 신호선(560f)을 통해 IC(310f)로 전달되거나 세트 기판의 커넥터 및/또는 인접 안테나 모듈에 전달될 수 있다.

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 포함하는 안테나 모듈의 다양한 구조를 나타낸 측면도이다.

도 12a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 안테나 패키지와 연결 부재가 결합된 구조를 가질 수 있다.

연결 부재는 적어도 하나의 도전층(1210b)과, 적어도 하나의 절연층(1220b)을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 도전층(1210b)에 연결된 배선 비아(1230b)와, 배선 비아(1230b)에 연결된 접속패드(1240b)를 포함할 수 있으며, 구리 재배선 층(Redistribution Layer, RDL)과 유사한 구조를 가질 수 있다. 상기 연결 부재의 상면에는 안테나 패키지가 배치될 수 있다.

안테나 패키지는 복수의 패치 안테나 패턴(1110b), 복수의 상부 커플링 패턴(1115b), 복수의 패치 안테나 피드비아(1120b), 유전층(1140b) 및 마감 부재(1150b) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

복수의 패치 안테나 피드비아(1120b)의 일단은 각각 복수의 패치 안테나 패턴(1110b)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 복수의 패치 안테나 피드비아(1120b)의 타단은 각각 연결 부재의 적어도 하나의 도전층(1210b)의 대응되는 배선에 전기적으로 연결될 수 있다.

유전층(1140b)은 복수의 피드비아(1120b) 각각의 측면을 포위하도록 배치될 수 있다. 상기 유전층(1140b)은 연결 부재의 적어도 하나의 절연층(1220b)의 높이보다 긴 높이를 가질 수 있다. 안테나 패키지는 상기 유전층(1140b)의 높이 및/또는 너비가 클수록 안테나 성능 확보 관점에서 유리할 수 있으며, 복수의 안테나 패턴(1115b)의 RF 신호 송수신 동작에 유리한 경계조건(예: 작은 제조공차, 짧은 전기적 길이, 매끄러운 표면, 유전층의 큰 크기, 유전상수 조절 등)을 제공할 수 있다.

마감(encapsulation) 부재(1150b)는 유전층(1140b) 상에 배치될 수 있으며, 복수의 패치 안테나 패턴(1110b) 및/또는 복수의 상부 커플링 패턴(1115b)의 충격이나 산화에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 마감 부재(1150b)는 PIE(Photo Imageable Encapsulant), ABF(Ajinomoto Build-up Film), 에폭시몰딩컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

IC(1301b), PMIC(1302b) 및 복수의 수동부품(1351b, 1352b, 1353b)은 연결 부재의 하면 상에 배치될 수 있다.

PMIC(1302b)는 전원을 생성하고, 생성한 전원을 연결 부재의 적어도 하나의 도전층(1210b)을 통해 IC(1301b)로 전달할 수 있다.

상기 복수의 수동부품(1351b, 1352b, 1353b)은 IC(1301b) 및/또는 PMIC(1302b)로 임피던스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 수동부품(1351b, 1352b, 1353b)은 캐패시터(예: Multi Layer Ceramic Capacitor(MLCC))나 인덕터, 칩저항기 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

도 12b를 참조하면, IC 패키지는 IC(1300a)와, IC(1300a)의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재(1305a)와, 제1 측면이 IC(1300a)를 마주보도록 배치되는 지지 부재(1355a)와, IC(1300a)와 지지 부재(1355a)에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 도전층(1310a)과 절연층(1280a)을 포함하는 연결 부재를 포함할 수 있으며, 연결 부재 또는 안테나 패키지에 결합될 수 있다.

연결 부재는 적어도 하나의 도전층(1210a)과, 적어도 하나의 절연층(1220a)과, 배선 비아(1230a)와, 접속패드(1240a)와, 패시베이션층(1250a)를 포함할 수 있다. 안테나 패키지는 복수의 패치 안테나 패턴(1110a, 1110b, 1110c, 1110d), 복수의 상부 커플링 패턴(1115a, 1115b, 1115c, 1115d), 복수의 패치 안테나 피드비아(1120a, 1120b, 1120c, 1120d), 유전층(1140a) 및 마감 부재(1150a)를 포함할 수 있다.

상기 IC 패키지는 전술한 연결 부재에 결합될 수 있다. IC 패키지에 포함된 IC(1300a)에서 생성된 RF 신호는 적어도 하나의 도전층(1310a)을 통해 안테나 패키지로 전달되어 안테나 모듈의 상면 방향으로 송신될 수 있으며, 안테나 패키지에서 수신된 RF 신호는 적어도 하나의 도전층(1310a)을 통해 IC(1300a)로 전달될 수 있다.

상기 IC 패키지는 IC(1300a)의 상면 및/또는 하면에 배치된 접속패드(1330a)를 더 포함할 수 있다. IC(1300a)의 상면에 배치된 접속패드는 적어도 하나의 도전층(1310a)에 전기적으로 연결될 수 있으며, IC(1300a)의 하면에 배치된 접속패드는 하단 도전층(1320a)을 통해 지지 부재(1355a) 또는 코어 도금 부재(1365a)에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 코어 도금 부재(1365a)는 IC(1300a)에 접지영역을 제공할 수 있다.

상기 지지 부재(1355a)는 상기 연결 부재에 접하는 코어 유전층(1356a)과, 코어 유전층(1356a)의 상면 및/또는 하면에 배치된 코어 도전층(1359a)과, 코어 유전층(1356a)을 관통하며 코어 도전층(1359a)을 전기적으로 연결하고 접속패드(1330a)에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 코어 비아(1360a)를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 코어 비아(1360a)는 솔더볼(solder ball), 핀(pin), 랜드(land)와 같은 전기연결구조체(1340a)에 전기적으로 연결될 수 있다.

이에 따라, 상기 지지 부재(1355a)는 하면으로부터 베이스 신호 또는 전원을 공급받아서 상기 연결 부재의 적어도 하나의 도전층(1310a)을 통해 상기 베이스 신호 및/또는 전원을 IC(1300a)로 전달할 수 있다.

상기 IC(1300a)는 상기 베이스 신호 및/또는 전원을 사용하여 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 RF 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 IC(1300a)는 저주파수의 베이스 신호를 전달받고 상기 베이스 신호의 주파수 변환, 증폭, 필터링 위상제어 및 전원생성을 수행할 수 있으며, 고주파 특성을 고려하여 화합물 반도체(예: GaAs)로 구현되거나 실리콘 반도체로 구현될 수도 있다.

한편, 상기 IC 패키지는 적어도 하나의 도전층(1310a)의 대응되는 배선에 전기적으로 연결되는 수동부품(1350a)을 더 포함할 수 있다. 상기 수동부품(1350a)은 지지 부재(1355a)가 제공하는 수용공간(1306a)에 배치될 수 있다.

한편, 상기 IC 패키지는 지지 부재(1355a)의 측면에 배치된 코어 도금 부재(1365a, 1370a)를 포함할 수 있다. 상기 코어 도금 부재(1365a, 1370a)는 IC(1300a)에 접지영역을 제공할 수 있으며, IC(1300a)의 열을 외부로 발산시키거나 IC(1300a)에 대한 잡음을 제거할 수 있다.

한편, IC 패키지와 연결 부재는 각각 독립적으로 제조되어 결합될 수 있으나, 설계에 따라 함께 제조될 수도 있다. 즉, 복수의 패키지간 별도의 결합과정은 생략될 수 있다.

한편, 상기 IC 패키지는 전기연결구조체(1290a)와 패시베이션층(1285a)을 통해 상기 연결 부재에 결합될 수 있으나, 설계에 따라 상기 전기연결구조체(1290a)와 패시베이션층(1285a)은 생략될 수 있다.

도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 전자기기에서의 배치를 예시한 평면도이다.

도 13a를 참조하면, 안테나 장치(100g), 패치 안테나 패턴(1110g) 및 유전층(1140g)를 포함하는 안테나 모듈은 전자기기(700g)의 세트 기판(600g) 상에서 전자기기(700g)의 측면 경계에 인접하여 배치될 수 있다.

전자기기(700g)는 스마트 폰(smart phone), 개인용 정보 단말기(personal digital assistant), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 네트워크 시스템(network system), 컴퓨터(computer), 모니터(monitor), 태블릿(tablet), 랩탑(laptop), 넷북(netbook), 텔레비전(television), 비디오 게임(video game), 스마트 워치(smart watch), 오토모티브(Automotive) 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상기 세트 기판(600g) 상에는 통신모듈(610g) 및 기저대역 회로(620g)가 더 배치될 수 있다. 상기 안테나 모듈은 동축케이블(630g)을 통해 통신모듈(610g) 및/또는 기저대역 회로(620g)에 전기적으로 연결될 수 있다.

통신모듈(610g)은 디지털 신호처리를 수행하도록 휘발성 메모리(예컨대, DRAM), 비-휘발성 메모리(예컨대, ROM), 플래시 메모리 등의 메모리 칩; 센트랄 프로세서(예컨대, CPU), 그래픽 프로세서(예컨대, GPU), 디지털 신호 프로세서, 암호화 프로세서, 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 등의 어플리케이션 프로세서 칩; 아날로그-디지털 컨버터, ASIC(application-specific IC) 등의 로직 칩 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

기저대역 회로(620g)는 아날로그-디지털 변환, 아날로그 신호에 대한 증폭, 필터링 및 주파수 변환을 수행하여 베이스 신호를 생성할 수 있다. 상기 기저대역 회로(620g)로부터 입출력되는 베이스 신호는 케이블을 통해 안테나 모듈로 전달될 수 있다.

예를 들어, 상기 베이스 신호는 전기연결구조체와 코어 비아와 배선을 통해 IC로 전달될 수 있다. 상기 IC는 상기 베이스 신호를 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 RF 신호로 변환할 수 있다.

도 13b를 참조하면, 안테나 장치(100h), 패치 안테나 패턴(1110h) 및 유전층(1140h)를 각각 포함하는 복수의 안테나 모듈은 전자기기(700h)의 세트 기판(600h) 상에서 전자기기(700h)의 일측면 경계와 타측면 경계에 각각 인접하여 배치될 수 있으며, 상기 세트 기판(600h) 상에는 통신모듈(610h) 및 기저대역 회로(620h)가 더 배치될 수 있다. 상기 복수의 안테나 모듈은 동축케이블(630h)을 통해 통신모듈(610h) 및/또는 기저대역 회로(620h)에 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 본 명세서에 개진된 도전층, 그라운드층, 피드라인, 피드비아, 안테나 패턴, 패치 안테나 패턴, 차폐비아, 디렉터 패턴, 전기연결구조체, 도금 부재, 코어 비아는, 금속 재료(예: 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질)를 포함할 수 있으며, CVD(chemical vapor deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), 스퍼터링(sputtering), 서브트랙티브(Subtractive), 애디티브(Additive), SAP(Semi-Additive Process), MSAP(Modified Semi-Additive Process) 등의 도금 방법에 따라 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

한편, 본 명세서에 개진된 유전층 및/또는 절연층은 FR4, LCP(Liquid Crystal Polymer), LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic), 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드와 같은 열가소성 수지, 또는 이들 수지가 무기필러와 함께 유리섬유(Glass Fiber, Glass Cloth, Glass Fabric) 등의 심재에 함침된 수지, 프리프레그(prepreg), ABF(Ajinomoto Build-up Film), FR-4, BT(Bismaleimide Triazine), 감광성 절연(Photo Imagable Dielectric: PID) 수지, 일반 동박 적층판(Copper Clad Laminate, CCL) 또는 글래스나 세라믹 (ceramic) 계열의 절연재 등으로 구현될 수도 있다. 상기 절연층은 본 명세서에 개진된 안테나 장치 및 안테나 모듈에서 도전층, 그라운드층, 피드라인, 피드비아, 안테나 패턴, 패치 안테나 패턴, 차폐비아, 디렉터 패턴, 전기연결구조체, 도금 부재, 코어 비아가 배치되지 않은 위치의 적어도 일부에 채워질 수 있다.

한편, 본 명세서에 개진된 RF 신호는 Wi-Fi(IEEE 802.11 패밀리 등), WiMAX(IEEE 802.16 패밀리 등), IEEE 802.20, LTE(long term evolution), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPS, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, 3G, 4G, 5G 및 그 이후의 것으로 지정된 임의의 다른 무선 및 유선 프로토콜들에 따른 형식을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

100: 안테나 장치
110: 피드라인(feeding line)
111: 피드비아(feeding via)
112: 비아패턴(via pattern)
120: 안테나 패턴(antenna pattern)
125: 디렉터 패턴(director pattern)
200: 연결 부재
212: 제1 배선
214: 제2 배선
221: 제1 그라운드층
222: 제2 그라운드층
223: 제3 그라운드층
224: 제4 그라운드층
225: 제5 그라운드층
231: 제1 배선비아
232: 제2 배선비아
245: 복수의 차폐비아
310: IC(Integrated Circuit)
350: 수동부품
360: 차폐 부재
P2, P3: 돌출영역
1110: 패치 안테나 패턴
1120: 패치 안테나 피드비아

Claims (17)

1. 안테나 패턴;
   상기 안테나 패턴에 전기적으로 연결되어 후방으로 연장되는 피드라인; 및
   상기 안테나 패턴보다 후방에 배치된 복수의 그라운드층; 을 포함하고,
   상기 복수의 그라운드층은 상기 안테나 패턴을 향하여 입체적인 캐비티(cavity)를 제공하고,
   상기 복수의 그라운드층은 상기 캐비티의 3면을 둘러싸는 안테나 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 안테나 패턴은 다이폴(dipole) 형태 또는 폴디드 다이폴(folded dipole) 형태이고,
   상기 안테나 패턴의 다이폴의 길이방향 총 길이는 상기 캐비티의 폭 길이보다 짧은 안테나 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 피드라인의 적어도 일부분은 상기 캐비티 내에 배치되고,
   상기 안테나 패턴은 상기 캐비티의 바깥(outside)에 배치되는 안테나 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 캐비티는 직육면체 형태인 안테나 장치.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 안테나 패턴으로부터 전방으로 이격되어 배치되고 상기 안테나 패턴의 다이폴의 길이방향 총 길이보다 짧은 길이를 가지는 디렉터 패턴을 더 포함하는 안테나 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   각각 상기 복수의 그라운드층의 사이를 전기적으로 연결시키고 상기 캐비티의 경계를 따라 배열된 복수의 차폐비아를 더 포함하는 안테나 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 그라운드층은 상기 안테나 패턴이 상기 캐비티의 최상층보다 아래 높이에 위치하고 상기 캐비티의 최하층보다 위 높이에 위치하도록 상기 캐비티를 제공하는 안테나 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   배선비아; 및
   상기 배선비아와 상기 피드라인의 사이에 전기적으로 연결된 배선; 을 더 포함하고,
   상기 복수의 그라운드층 중 하나는 상기 배선을 둘러싸도록 배치되고, 상기 복수의 그라운드층 중 다른 하나는 상기 배선비아가 관통하는 관통홀을 제공하는 안테나 장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 배선비아의 상기 배선으로부터의 연장방향과 동일한 방향으로 상기 피드라인으로부터 연장되어 상기 안테나 패턴에 전기적으로 연결되는 피드비아를 더 포함하는 안테나 장치.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 패턴보다 후방에 배치되고 상기 캐비티를 상하방향으로 오버랩하도록 배치된 제2 그라운드층을 더 포함하는 안테나 장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 그라운드층의 상기 안테나 패턴에 대한 후방 이격거리는 상기 캐비티의 함몰 길이보다 짧고 상기 안테나 패턴의 공진주파수에 대응되는 파장의 0.014배보다 긴 안테나 장치.
    
12. 복수의 그라운드층;
    상기 복수의 그라운드층의 상측에 배치되고 적어도 하나의 관통홀을 가지는 제2 그라운드층;
    상기 제2 그라운드층의 상측에 배치된 복수의 패치 안테나 패턴;
    상기 복수의 패치 안테나 패턴에 대한 급전경로를 제공하며 상기 제2 그라운드층의 적어도 하나의 관통홀을 관통하도록 배치된 복수의 제2 피드비아; 및
    상기 복수의 그라운드층의 가장자리의 적어도 일부를 따라 배열된 복수의 제1 안테나 패턴; 을 포함하고,
    상기 복수의 그라운드층은 상기 복수의 제1 안테나 패턴을 향하여 각각 입체적인 복수의 캐비티(cavity)를 제공하고,
    상기 제2 그라운드층은 상기 복수의 캐비티를 상하방향으로 오버랩(overlap)하는 안테나 모듈.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 그라운드층의 하측에 배치되고 상기 복수의 제1 안테나 패턴과 상기 복수의 패치 안테나 패턴으로 RF(Radio Frequency) 신호를 전달하거나 전달받도록 구성된 IC(Integrated Circuit)를 더 포함하는 안테나 모듈.
    
14. 제12항에 있어서,
    각각 적어도 일부분이 상기 복수의 캐비티 중 대응되는 캐비티를 통과하도록 배치되고 상기 복수의 제1 안테나 패턴 중 대응되는 제1 안테나 패턴에 전기적으로 연결되는 복수의 제1 피드라인; 및
    각각 상기 복수의 제1 피드라인 중 대응되는 제1 피드라인에서부터 하측으로 연장되어 상기 복수의 제1 안테나 패턴 중 대응되는 제1 안테나 패턴에 전기적으로 연결되는 복수의 제1 피드비아; 를 더 포함하는 안테나 모듈.
    
15. 제14항에 있어서,
    각각 상기 복수의 제2 피드비아 중 대응되는 제2 피드비아에 전기적으로 연결되고 상기 복수의 그라운드층 중 하나에 의해 둘러싸이는 복수의 제2 피드라인; 및
    각각 상기 복수의 제2 피드라인 중 대응되는 제2 피드라인에 전기적으로 연결되고 상기 복수의 그라운드층 중 다른 하나의 적어도 하나의 관통홀을 관통하도록 배치된 복수의 제2 배선비아; 를 더 포함하는 안테나 모듈.
    
16. 제12항에 있어서,
    각각 적어도 일부분이 상기 복수의 캐비티 중 대응되는 캐비티를 통과하도록 배치되고 상기 복수의 제1 안테나 패턴 중 대응되는 제1 안테나 패턴에 전기적으로 연결되는 복수의 제1 피드라인을 더 포함하고,
    상기 복수의 제1 안테나 패턴은 상기 복수의 캐비티의 바깥(outside)에 배치되는 안테나 모듈.
    
17. 제12항에 있어서,
    각각 상기 복수의 그라운드층 중 하나와 상기 제2 그라운드층의 사이를 전기적으로 연결시키고 상기 복수의 캐비티의 경계를 따라 배열된 복수의 차폐비아를 더 포함하는 안테나 모듈.

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